Costruzione dei circuiti CA e funzionamento dei circuiti CA

Il circuito a ponte non è altro che una configurazione di circuito elettrico utilizzata per misurare valori sconosciuti di resistenza, impedenza, induzione e capacità. Molti ponti come il ponte di Wheatstone, il ponte di Maxwell, il ponte di Kelvin e molti altri sono molto utili per misurare quantità con precisione e funzionano sullo stesso principio. Di seguito viene fornita una breve descrizione del funzionamento di alcuni dei ponti:

Ponte di Wheatstone

Un ponte di Wheatstone è un circuito elettrico sviluppato da Charles Wheatstone ed è utilizzato per determinare il valore di una resistenza elettrica sconosciuta nel circuito. Il ponte di Wheatstone è altamente capace di calcolare resistenze di valore molto basso, che altri strumenti come il multimetro non calcolano accuratamente.

Il circuito del ponte di Wheatstone è un arrangiamento a forma di diamante di quattro resistenze. Ha due gambe parallele e ciascuna gamba ha due resistenze in serie. Una terza gamba è collegata tra le due gambe parallele in qualche punto all'interno delle gambe, come mostrato nella figura. Tra le quattro resistenze, un valore di resistenza può essere determinato bilanciando le due gambe. Su quattro resistenze, i valori di due resistenze R1 e R3 sono noti, il valore di R2 è regolabile, e il valore di Rx deve essere calcolato. Quindi questa regolazione è collegata alla fornitura elettrica e un galvanometro tra il terminale D e il terminale B. Ora si regola il valore della resistenza regolabile fino a quando il rapporto delle due branche resistenze diventa uguale, cioè (R1/ R2) = (R3/Rx), e il galvanometro legge zero poiché la corrente smette di fluire attraverso il circuito. Ora il circuito è bilanciato e il valore della resistenza sconosciuta può essere facilmente misurato. La lettura di R3 decide la direzione del flusso di corrente.

Ponte di Maxwell

Il principio di funzionamento del ponte di induttanza di Maxwell è lo stesso del ponte di Wheatstone. Sono state apportate solo piccole modifiche al ponte di Wheatstone. In questo ponte, le quattro braccia consistono in un'induttanza sconosciuta (L1), un condensatore variabile (C4), quattro resistori e un rivelatore invece di un galvanometro, come mostrato nella figura. Viene utilizzato per misurare il valore dell'induttanza confrontando il valore sconosciuto con la capacità variabile standard.

Il principio fondamentale del ponte è quello di compensare l'angolo di fase positivo dell'impedenza sconosciuta con la fase negativa di una capacità posizionandola nel ramo opposto. Facendo ciò, la differenza di potenziale attraverso il rivelatore diventa zero e non scorre corrente attraverso di esso. Il condensatore C4 e il resistore R4 sono connessi in parallelo e il valore di entrambi viene regolato in modo che il ponte sia bilanciato.

Ponte di Kelvin è un'altra modifica del ponte di Wheatstone utilizzata per misurare resistenze basse nell'intervallo di 1mΩ a 1kΩ con grande accuratezza. Per la misurazione precisa di resistenze basse, è necessaria una fornitura di alta tensione e un galvanometro sensibile nel ponte di Kelvin. Nella misurazione di resistenze basse, la resistenza dei fili di connessione svolge un ruolo importante. Viene utilizzato un ponte di Wheatstone che ha due resistori aggiuntivi, come mostrato nella figura. I resistori R1 e R2 sono connessi al secondo set di braccia di rapporto e costruiti come resistori a quattro terminali. Qui R è sconosciuto e S è il resistore standard. Un galvanometro è posizionato tra c e d in modo che la resistenza del filo di connessione r possa essere trascurata e non influisca sul valore di misurazione. Nelle condizioni di equilibrio, il galvanometro mostra zero e non scorre corrente attraverso il circuito. L'equazione nelle condizioni di equilibrio è:

Circuito del ponte di Hay

Ponte di Hay è un'altra variazione del circuito del ponte di Maxwell. Nel circuito di Maxwell la resistenza è mantenuta in parallelo al condensatore, mentre nel circuito di Hay, il resistore è connesso in serie con il condensatore standard, come mostrato nella figura. È molto utile se l'angolo di fase dell'impedenza induttiva è molto grande, il che può essere superato prendendo una resistenza bassa in serie.

Ponte di Anderson

Il ponte di Anderson è una versione modificata del ponte di induttanza e capacità di Maxwell. Viene principalmente utilizzato per misurare l'autoinduttanza in una bobina utilizzando un condensatore standard e resistori. Il principale vantaggio di questo ponte è che non richiede il bilanciamento frequente del ponte. Per bilanciare il ponte con corrente continua, la resistenza variabile r viene regolata e la fonte di corrente alternata viene sostituita da una batteria e un auricolare da galvanometro a movimento a coil. Una volta bilanciato il ponte, il potenziale al terminale D è simile al potenziale a E. Il flusso di corrente nei rispettivi rami è indicato da I1, I2 e I3 come mostrato nella figura.

Circuito a ponte diodi

È un circuito a ponte con un arrangiamento di quattro diodi che fornisce la stessa polarità di uscita per ogni polarità di ingresso. Il ponte diodi, anche chiamato rettificatore a ponte, viene utilizzato ovunque sia necessario convertire la corrente alternata in corrente continua. Viene anche utilizzato per rilevare l'ampiezza dei segnali radio. Quando il terminale positivo dell'ingresso è connesso all'alto sinistro e il negativo al basso destro, la corrente fluisce dal terminale di alimentazione superiore all'uscita seguendo il percorso rosso e ritorna al terminale di alimentazione inferiore attraverso il percorso blu, come mostrato nella figura.

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